盧偉

寧夏長城水務(wù)有限責(zé)任公司 寧夏銀川 750001

長城水廠目前使用的鍋爐為常壓燃?xì)忮仩t，配有利雅路燃燒機(jī)一臺(tái)，通過接觸器及繼電器控制和SWP-C80 智能數(shù)顯控制儀實(shí)現(xiàn)鍋爐的啟爐停爐、循環(huán)泵及補(bǔ)水泵啟停、鍋爐大小火轉(zhuǎn)換以及故障報(bào)警。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)化控制，保證燃?xì)忮仩t高效、安全運(yùn)行，可對(duì)燃?xì)忮仩t目前的控制方式進(jìn)行改造，采用PLC 自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)備控制[1]。

1 PLC 控制系統(tǒng)優(yōu)越性分析

大量的工程實(shí)踐證明，PLC 控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)相比有著不可比擬的優(yōu)越性。一是高可靠性。PLC 用軟件代替繼電器控制系統(tǒng)中大量接線減少了觸點(diǎn)接觸不良的可能性，同時(shí)其具有完善的通道保護(hù)和多種形式的濾波電路確保其極強(qiáng)的抗干擾性能；二是良好的可擴(kuò)展性[2]。在控制系統(tǒng)使用的過程中，若設(shè)備更新或工藝流程改變，通過修改程序即可方便快速地適應(yīng)工藝條件的變化，極大程度地縮短了開發(fā)周期；三是可維護(hù)性強(qiáng)。PLC 自身具有較強(qiáng)的自診斷能力，能及時(shí)報(bào)告出錯(cuò)信息，或停止運(yùn)行等待修復(fù)；四是可操作性。實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、報(bào)警及狀態(tài)顯示和進(jìn)行過程控制，實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和在線組態(tài)；五是PLC 編程簡單。編程使用最多的編程語言是梯形圖，語言形象、直觀，易學(xué)易用，PLC 采用軟件方法取代繼電器控制系統(tǒng)中大量的中間繼電器、時(shí)間繼電器、計(jì)數(shù)器等器件，使控制柜的安裝及接線很大程度上簡化，同時(shí)用戶程序可以進(jìn)行模擬調(diào)試，減少了現(xiàn)場調(diào)試的工作量；六是采用模塊化結(jié)構(gòu)、通用性強(qiáng)。PLC 標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，用戶可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇，無須再進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作硬件裝置。

2 燃?xì)忮仩t控制系統(tǒng)工作設(shè)計(jì)思路

2.1 主要控制功能

（1）投運(yùn)前檢查。投運(yùn)前可通過人機(jī)界面查看各設(shè)備目前狀態(tài)，判斷是否具備運(yùn)行條件。通過檢測各采集信號(hào)作為燃?xì)忮仩t啟動(dòng)前的啟動(dòng)保護(hù)，主要包括燃燒機(jī)無故障、天然氣無泄漏、循環(huán)泵無故障、補(bǔ)水泵無故障、燃?xì)鈮毫φ?、燃?xì)忾y開，只有全部條件都滿足才能對(duì)鍋爐進(jìn)行投運(yùn)[3]。

（2）啟動(dòng)控制。鍋爐可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)或手動(dòng)啟動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)通過設(shè)定好的啟動(dòng)條件來啟爐，手動(dòng)啟動(dòng)則根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行需求在上位機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)。自動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)的互鎖以確?？刂葡到y(tǒng)安全運(yùn)行。運(yùn)行過程中通過實(shí)時(shí)采集運(yùn)行中的出水溫度，根據(jù)設(shè)定的大、小火轉(zhuǎn)換溫度及停爐溫度，實(shí)現(xiàn)鍋爐大小火切換及正常停爐[4]。

（3）停爐控制。鍋爐停爐控制包括自動(dòng)停爐、手動(dòng)停爐及故障停爐。自動(dòng)停爐和手動(dòng)停爐根據(jù)所設(shè)定的停爐條件或運(yùn)行需求來完成停爐；故障停爐則是通過對(duì)各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)有天然氣泄漏、出水水溫超高溫等情況發(fā)生，控制系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警并緊急停爐。

（4）鍋爐聯(lián)鎖安全保護(hù)功能

循環(huán)水泵、補(bǔ)水泵自投備用功能：兩臺(tái)循壞水泵、兩臺(tái)補(bǔ)水泵分別互為備用/故障自啟動(dòng)功能，一旦某一水泵發(fā)生故障另一臺(tái)水泵立即自動(dòng)投入運(yùn)行，保證了熱水循壞系統(tǒng)的安全性；

（5）補(bǔ)水箱低水位報(bào)警：根據(jù)液位繼電器低水位信號(hào)發(fā)出報(bào)警并同時(shí)啟動(dòng)補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水，補(bǔ)水完畢后停泵同時(shí)停止報(bào)警；

（6）聯(lián)鎖停爐時(shí)，控制系統(tǒng)應(yīng)按先停燃燒系統(tǒng)，循環(huán)水泵正常則根據(jù)運(yùn)行需求來停泵；

（7）采集出水溫度，根據(jù)所設(shè)定的出水高溫報(bào)警值實(shí)現(xiàn)高溫報(bào)警、根據(jù)設(shè)定的出水超高溫值實(shí)現(xiàn)超高溫停爐；

（8）采集燃?xì)庑孤┬盘?hào)進(jìn)行泄漏報(bào)警、天然氣管道自動(dòng)關(guān)閥及鍋爐緊急停爐。

（9）實(shí)時(shí)采集天然氣壓力及流量。

圖1 鍋爐工藝圖

2.2 控制系統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)由PLC、光纖交換機(jī)、UPS、操作員站及工程師站組成。

PLC 主要包括CPU、輸入單元、輸出單元、人機(jī)觸摸界面HMI 等PLC 通過接收現(xiàn)場采集單元傳來的數(shù)據(jù)，控制鍋爐、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵、閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。PLC 是整個(gè)鍋爐控制系統(tǒng)的核心部件，采用施耐德M340 系列可編程邏輯控制器，具有優(yōu)越的運(yùn)算能力及通訊能力，可方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通訊。CPU 采用BMEP342020，其是PLC 的運(yùn)算和控制中心，實(shí)現(xiàn)邏輯判斷、數(shù)學(xué)運(yùn)算、數(shù)據(jù)傳遞、協(xié)調(diào)PLC 各部分工作；輸入單元主要采集現(xiàn)場的各種開關(guān)量及壓力、溫度、流量等各項(xiàng)數(shù)據(jù)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由溫度傳感器、水位繼電器、燃?xì)庑孤秷?bào)警器、燃?xì)鈮毫傲髁坑?jì)等組成，模擬量輸入模塊采用施耐德BMXAMI0810 模塊，其主要采集傳感器送來的4-20mA 信號(hào)，開關(guān)量輸入/輸出分別采用施耐德BMXDDI1602 和BMXDDO1602 模塊；人機(jī)觸摸界面HMI采用施耐德HarmonyGTO 系列HMIGTO6310，主要用途是為設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模擬顯示、設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)定和修改、報(bào)警信息顯示、密碼保護(hù)等。

圖2 控制系統(tǒng)組成

光纖交換機(jī)采用西門子SCALANCE 系列光纖交換機(jī)接入水廠運(yùn)行的既有光纖環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸及操作指令的下達(dá)。

UPS 采用艾默生US11R 系列服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，減少故障停機(jī)時(shí)間。

操作員站及工程師站使用現(xiàn)有設(shè)備，操作員站裝有InTouch監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)模擬顯示、設(shè)備控制、參數(shù)設(shè)定和修改、報(bào)警信息顯示；工程師站裝有編程軟件平臺(tái)EcoStruxure ?機(jī)器專家、Vijieo-Designer 編程工具軟件及WonderwareInTouch 軟件，實(shí)現(xiàn)程序調(diào)試及上、下位組態(tài)。

執(zhí)行單元由鍋爐、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵及閥門等組成。

2.3 控制系統(tǒng)程序編制

PLC 程序利用梯形圖語言及功能塊相結(jié)合的方式進(jìn)行編制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)設(shè)備的控制及狀態(tài)的監(jiān)測。

3 結(jié)語

燃?xì)忮佔(zhàn)o(hù)PLC 控制系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，將大大提高自動(dòng)化程度，使得燃?xì)忮仩t處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，提高效率、減少運(yùn)行能耗，同時(shí)也提高了燃?xì)忮仩t操作及運(yùn)行的安全性，減輕運(yùn)行人員工作強(qiáng)度。